SE467028B

SE467028B - DEVICE FOR RESISTANT POWER COOLING OF A NUCLEAR REACTOR

Info

Publication number: SE467028B
Application number: SE8900480A
Authority: SE
Inventors: J Fredell
Original assignee: Asea Atom Ab
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1989-02-13
Publication date: 1992-05-11
Also published as: IT9067101A1; US5008069A; IT1241170B; SE8900480L; SE8900480D0; IT9067101A0; JPH02247598A

Description

*s 467 028 2 Den föreliggande uppfinningen möjliggör ett säkerställande av en effektiv kylning av vätskan i trycktanken i nära nog alla driftsituationer med resteffektkylning. De speciella åtgärder som vidtages för att uppnå ett sådant resultat framgår av den kännetecknande delen i patentkrav 1. The present invention enables an efficient cooling of the liquid in the pressure tank in almost all operating situations with residual power cooling. The special measures taken to achieve such a result appear from the characterizing part of claim 1.

Det enligt uppfinningen uppnådda gynnsamma resultatet kan i första hand hänföras till att kylningen av vätskan i trycktanken sker under själv- cirkulation av ett flöde av vätska och/eller av ånga av vätskan med förekommande innehåll av okondenserbar gas i en cirkulationskrets inne- hållande en i en förångningsbassäng anordnad förångare och till att en ringa del av flödet avledes från cirkulationskretsen till ett avlednings- kärl, i vilket råder ett lägre tryck än i förångaren. Genom nämnda avled- ning av en liten del av flödet förhindras en större ansamling av okonden- serbar gas på förångarens primärsida, vilket medför en effektivare kylning av flödet i cirkulationskretsen vid passagen av förångaren.The favorable result obtained according to the invention can primarily be attributed to the cooling of the liquid in the pressure tank taking place during self-circulation of a flow of liquid and / or of steam of the liquid with the presence of non-condensable gas in a circulation circuit containing a evaporator basin arranged evaporator and so that a small part of the flow is diverted from the circulation circuit to a diverter vessel, in which there is a lower pressure than in the evaporator. By said diverting of a small part of the flow, a larger accumulation of uncondensable gas on the primary side of the evaporator is prevented, which results in a more efficient cooling of the flow in the circulation circuit during the passage of the evaporator.

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen är angivna i patentkraven 2-10.Advantageous embodiments of the invention are set out in claims 2-10.

Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utförings- exempel under hänvisning till bifogade ritning, i vilken fig 1 schematiskt i tvärsnitt visar en med en anordning enligt uppfinningen försedd kärn- reaktor och fig 2 i större skala en detalj i anordningen enligt fig 1.The invention will be explained in more detail by describing an exemplary embodiment with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 schematically shows in cross section a nuclear reactor provided with a device according to the invention and Fig. 2 on a larger scale a detail in the device according to Fig. 1.

I kärnreaktorn i figur 1 ingår en trycktank 1, som är utförd i förspänd betong och försedd med övertrycksventiler 2. En i reaktorn ingående reaktorhärd 3 är i sin helhet placerad i en reaktortank 4. Härden är anordnad i den nedre hälften, vanligtvis i den nedersta fjärdedelen av tankutrymmet 5. Vätskan, i vilken reaktortanken är nedsänkt är neutron- absorberande och består i det exemplifierade fallet av en vattenlösning av borsyra. Vid normal drift kyles härden med ett genom reaktortanken kon- tinuerligt strömmande lättvattenflöde. vars värmeinnehåll tillvaratages i en i fig 1 ej visad ånggenerator. I reaktorn uppvärmt vatten avgår via ledningen 6 till ånggeneratorn och pumpas efter avgivande av sitt värme- innehåll via ledningen 7 tillbaka till reaktorn. Från ledningen 7 föres vattnet via spalten 8 ned till och underifrån genom härden 3 för att i uppvärmt tillstånd efter passage av reaktortankens 4, övre rörformade del 9 nå ledningen 6. Under detta förlopp upprätthålles en gränsyta 10 mellan det genom reaktorn strömmande kylmediet och den neutronabsorberande 3 467 028 vätskan i reaktorns övre del och en gränsyta 11 mellan dessa vätskor i reaktorns nedre del. (Lägena för dessa gränsytor vid normaldrift är visade med punktlinjer.) Figur 1 visar reaktorns tillstånd då en vid normal drift etablerad tryckjämvikt mellan den neutronabsorberande vätskan och reaktor- kylmedlet rubbats och den neutronabsorberande vätskan strömmat in i reak- torn, så att reaktorhärdens effekt reducerats till resteffekten. Ovanför vätskeytan i trycktanken 1 finns då oftast ett utrymme 12 med gas och/ eller ånga.The nuclear reactor in Figure 1 includes a pressure tank 1, which is made of prestressed concrete and provided with pressure relief valves 2. A reactor core 3 included in the reactor is placed in its entirety in a reactor tank 4. The core is arranged in the lower half, usually in the lower half. quarter of the tank space 5. The liquid in which the reactor tank is immersed is neutron-absorbing and in the exemplary case consists of an aqueous solution of boric acid. During normal operation, the core is cooled with a continuous flow of light water flowing continuously through the reactor tank. whose heat content is recovered in a steam generator not shown in Fig. 1. Water heated in the reactor drains via line 6 to the steam generator and is pumped back to the reactor after discharge of its heat content via line 7. From the line 7 the water is led via the gap 8 down to and from below through the core 3 to reach the line 6 in a heated state after passing the upper tubular part 9 of the reactor tank 4. During this process an interface 10 is maintained between the coolant flowing through the reactor and the neutron absorbing 3 467 028 the liquid in the upper part of the reactor and an interface 11 between these liquids in the lower part of the reactor. (The positions of these interfaces during normal operation are shown by dotted lines.) Figure 1 shows the state of the reactor when a pressure equilibrium established during normal operation between the neutron absorbing liquid and the reactor coolant is disturbed and the neutron absorbing liquid flows into the reactor, so that the reactor core is reduced. to the residual effect. Above the liquid surface in the pressure tank 1 there is then usually a space 12 with gas and / or steam.

Trycktanken är anordnad att ingå i en cirkulationskrets för självcirkula- tion av vätskan från trycktanken med förekommande innehåll av ånga av vätskan och av okondenserbar gas. Självcirkulationen åstadkommes med utnyttjande av vätskans egenskap att ha en högre densitet vid en lägre temperatur än vid en högre temperatur. Cirkulationskretsen omfattar en i en förångningsbassäng 13 anordnad förångare 14, en tilloppsledning 15 för ledning av vätska från en anslutningspunkt 15a i trycktankens övre del till förångaren och en utloppsledning 16 för ledning av vätska från för- ångaren till en under anslutningspunkten 15a belägen anslutningspunkt 16a på trycktanken. Förångaren, som kan bestå av en rörslinga är belägen på en högre nivå än anslutningspunkterna 15a och 16a. Förångningsbassängen kan bestå av en bassäng med vatten. Värme från förångningsbassängen avledes passivt genom fri avgång av ånga via en ledning 17 till en värmesänka 18, som t ex kan bestå av fria luften. Om ledningen 17 stänges kan värmet, såsom skall beskrivas senare avledas via ledningen 19. Vid vissa drift- situationer, då vätskenivån i trycktanken kan bli låg och ligga under anslutningspunkten 15a avgår endast ånga med förekommande innehåll av okondenserbar gas från tanken 1 via ledningen 15.The pressure tank is arranged to be part of a circulation circuit for self-circulation of the liquid from the pressure tank with any content of steam of the liquid and of non-condensable gas. The self-circulation is achieved by utilizing the property of the liquid to have a higher density at a lower temperature than at a higher temperature. The circulation circuit comprises an evaporator 14 arranged in an evaporator basin 13, a supply line 15 for conducting liquid from a connection point 15a in the upper part of the pressure tank to the evaporator and an outlet line 16 for conducting liquid from the evaporator to a connection point 16a located below the connection point 15a. . The evaporator, which may consist of a pipe loop, is located at a higher level than the connection points 15a and 16a. The evaporation basin may consist of a basin of water. Heat from the evaporation basin is passively dissipated through the free escape of steam via a line 17 to a heat sink 18, which may, for example, consist of free air. If the line 17 is closed, the heat, as will be described later, can be diverted via the line 19. In certain operating situations, when the liquid level in the pressure tank can become low and below the connection point 15a, only steam with present condensable gas leaves the tank 1 via the line 15.

För att i alla eller nära nog alla driftsituationer säkerställa att värmeöverföringen på förångarens primärsida skall vara god, dvs på den sida som ingår i den tidigare beskrivna cirkulationskretsen, är utlopps- ledningen 16 på en nivå ovanför bottnen 16b (fig 2) med en förbindelse- ledning 20, som endast tillåter ett avsevärt mindre flöde än flödet i cirkulationskretsen, ansluten till ett avledningskärl 21, försett med ett eller flera utlopp 22a, 23a för gas och ånga för upprätthållande av ett lägre tryck i avledningskärlet än i förångaren. Inloppsledningen 15 kan på analogt sätt på en nivå ovanför bottnen 15b (fig 2) via en ledning 20a vara ansluten till avledningskärlet 21. Genom att ansluta ledningarna 20 och 20a ovanför bottnen på ledningarna 15 och 16 motverkas en vätsketrans- A67 028 V “ port till avledningskärlet 21 då vätskeströmmen i utloppsledningen 16 fyller upp en mindre del av rörarean. Företrädesvis avledes mindre än 1 X av flödet genom förångaren lü till avledningskärlet. Primärmediet genom förångaren kan som framgår av det tidigare bestå av olika inslag av vatten och ånga och förekommande okondenserbar gas. Flödet, som passivt avledes genom avledningskärlet medför att någon större ansamling av okondenserbar gas ej kan uppstå på förångarens primärsida och försämra värmeöverföringen i förångaren. Passiv avledning av flödet kan ske genom att ledningen 22 anslutes till en värmesänka 24, som t ex kan bestå av fria luften, varvid ångan och gasen innan de av sig själva avgår lämpligen bringas att passera ett gasreningssystem. Alternativt kan avledning av flödet ske genom led- ningen 23 till en på en lägre nivå än avledningskärlet 21 placerad värme- sänka 25, t ex i form av en bassäng med vatten. Denna värmesänka kan via det tidigare nämnda röret 19 stå i förbindelse med förångningsbassängen 13 för att ta upp medium från denna bassäng om röret 17 är stängt och över- kokning förekommer i bassängen 13. Eventuell kondenserad vätska som upp- samlas i avledningskärlet 21 ledes ut genom ledningen 26 eller genom led- ningen 23 om ledningen 26 är stängd.In order to ensure in all or almost all operating situations that the heat transfer on the primary side of the evaporator is good, ie on the side included in the previously described circulation circuit, the outlet line 16 is at a level above the bottom 16b (Fig. 2) with a connection line 20, which allows only a considerably smaller flow than the flow in the circulation circuit, connected to a diverter vessel 21, provided with one or more outlets 22a, 23a for gas and steam for maintaining a lower pressure in the diverter vessel than in the evaporator. The inlet line 15 can in an analogous manner at a level above the bottom 15b (Fig. 2) via a line 20a be connected to the drain vessel 21. By connecting the lines 20 and 20a above the bottom of the lines 15 and 16, a liquid transport A67 028 V the discharge vessel 21 when the liquid stream in the outlet line 16 fills up a smaller part of the pipe area. Preferably, less than 1 X of the flow is diverted through the evaporator lü to the diverter vessel. As can be seen from the foregoing, the primary medium through the evaporator may consist of various elements of water and steam and any uncondensible gas present. The flow, which is passively diverted through the diverter vessel, means that no larger accumulation of non-condensable gas can occur on the primary side of the evaporator and impair the heat transfer in the evaporator. Passive diversion of the flow can take place by connecting the conduit 22 to a heat sink 24, which may for instance consist of the free air, whereby the steam and the gas before they leave by themselves are suitably brought to pass a gas purification system. Alternatively, the flow can be diverted through the line 23 to a heat sink 25 placed at a lower level than the diverter vessel 21, for example in the form of a basin of water. This heat sink can be connected via the previously mentioned pipe 19 to the evaporation basin 13 to take up medium from this basin if the pipe 17 is closed and overboiling occurs in the basin 13. Any condensed liquid which collects in the discharge vessel 21 is led out through line 26 or through line 23 if line 26 is closed.

Tryckkärlet 1, förångningskärlet 13 med förângaren lä, ledningarna 15 och 16, avledningskärlet 21 samt värmesänkan 25 är i det illustrerade fallet inneslutna i en gemensam förspänd betonginneslutning 27. Inom betonginne- slutningen finns ett utrymme 28, som är fyllt med en gas, företrädesvis luft eller kväve. Detta utrymme är anordnat i förbindelse med värmesänkan via ett vätskelås 29. Värmesänkan 25 är företrädesvis ansluten till en utanför betonginneslutningen anordnad, ej visad värmesänka, t ex den yttre atmosfären (via ett gasreningssystem) och kan därigenom sägas tjänstgöra som en temporär värmesänka.The pressure vessel 1, the evaporation vessel 13 with the evaporator lä, the lines 15 and 16, the discharge vessel 21 and the heat sink 25 are in the illustrated case enclosed in a common prestressed concrete enclosure 27. Inside the concrete enclosure there is a space 28, which is filled with a gas, preferably air or nitrogen. This space is arranged in connection with the heat sink via a liquid lock 29. The heat sink 25 is preferably connected to a heat sink, not shown outside the concrete enclosure, eg the external atmosphere (via a gas purification system) and can thereby be said to serve as a temporary heat sink.

Oavsett om orsaken till driftsituationen med resteffektkylning av härden är att läckage uppstått i trycktanken eller på någon annan trycksatt del inom betonginneslutningen eller orsaken är en annan kommer gas och ånga att åtminstone i huvudsak avledas från avledningskärlet 21 via ledningen 22. Om ledningen 22 stänges för att hålla avledd gas inom betonginne- slutningen kommer gasen och ångan att i stället avledas genom ledningen 23. Detta blir fallet även om läckage av nämnt slag ägt rum till utrymmet 28. Erforderlig tryckskillnad för detta förlopp uppkommer på grund av att ledningarna 20 och 20a i sin helhet eller åtminstone i någon del har ett tvärsnitt som är litet i förhållande till tvärsnittet hos ledningarna 15Regardless of whether the cause of the operating situation with residual power cooling of the hearth is that a leak has occurred in the pressure tank or on another pressurized part within the concrete enclosure or the cause is another, gas and steam will at least mainly be diverted from the discharge vessel 21 via line 22. If line 22 is closed keep diverted gas within the concrete enclosure, the gas and steam will instead be diverted through line 23. This will be the case even if leakage of said kind has taken place to the space 28. The required pressure difference for this process arises due to the lines 20 and 20a in their as a whole or at least in some part has a cross-section which is small in relation to the cross-section of the lines 15

Claims

5,467,028 and 16 and will therefore serve as efficient throttles for gas and steam transport. During normal operation of the device, i.e. when the reactor produces power, which is utilized in the steam generator, gas and steam are preferably diverted out through the line 22 at the same time as water is diverted out through the line 26. The line 23 is then closed by means of a water trap in the line outlet in the liquid in the basin 25. During normal operation, the liquid level in the pressure tank is always above the connection point 15a. PATENT REQUIREMENTS

Device for residual power cooling of a nuclear reactor core (3), which is placed in a liquid present in a pressure tank (1), which is arranged to be able to act as a coolant for the reactor core, characterized in that the pressure tank is arranged to be part of a circulation circuit (15a, 15, 14, 16, 16a) for self-circulation of the liquid and / or vapor of the liquid with the presence of non-condensable gas comprising an evaporator (14) arranged in an evaporating basin (13), an inlet line (15) for conducting liquid and / or steam from a connection point (15a) in the upper part of the pressure tank to the evaporator and an outlet line (16) for conducting liquid from the evaporator to a connection point (16a) located below the connection point (15a) for the supply line. on the pressure tank, the evaporator being located at a higher level than the connection point (16a) on the pressure tank for the outlet line (16) and that the outlet line (16) at a level above the bottom (16b) is connected to a drain vessel (21) with a connecting line (20), which allows only a considerably less flow than the flow in the circulation circuit. for diverting uncondensable gas from the circulation circuit. which diverter vessel (21) is provided with one or more outlets (22a, 23a) for gas and steam for maintaining a lower pressure in the diverter vessel than inside the evaporator.

Device according to claim 1, characterized in that the supply line (15) is connected at a level above the bottom to the discharge vessel (21) with a connecting line (20a), which allows only a considerably smaller flow than the circulation circuit (15a). 15, 14, 16, 16a), for diverting uncondensable gas from the circulation circuit. 467 ozs 4 446

Device according to one of Claims 1 and 2, characterized in that the discharge vessel (21) is partially filled with liquid and is provided with an outlet (26a) for liquid.

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the evaporating basin (13) is arranged via a connecting line (17) in connection with a heat sink (18). * v

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that one or more outlets (22a, 23a) on the discharge vessel (21) are arranged in connection with one or more heat sinks via one or more connecting lines (22, 23). (24, 25).

Device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the evaporation basin (13) is arranged in a concrete enclosure (27) in which the pressure tank (1) is also enclosed.

Device according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the discharge vessel (21) is arranged in a concrete enclosure (27) in which the pressure tank (1) is also enclosed.

Device according to claims 4 and 6, characterized in that the heat sink (18) is arranged outside the concrete enclosure (27).

Device according to claims 5 and 7, characterized in that a heat sink (24) arranged in connection with the discharge vessel (21) is arranged outside the concrete enclosure (27).

Device according to claims 5 and 7, characterized in that a heat sink (25) arranged in connection with the discharge vessel (21) consists of a basin of liquid, which is located at a lower level than the discharge vessel (21), that the connecting line (23) between the drain vessel and this heat sink opens open below the liquid surface of this heat sink and that the space (28) outside the pressure tank (1) and the drain vessel in the concrete enclosure (27) via a liquid lock (29) are arranged in hydraulic connection with the liquid in this heat sink .